stringtranslate.com

Смерть клеток

Обзор путей передачи сигнала, участвующих в апоптозе

Смерть клетки — это событие, когда биологическая клетка прекращает выполнять свои функции. Это может быть результатом естественного процесса отмирания старых клеток и замены их новыми, как при запрограммированной смерти клетки , или может быть результатом таких факторов, как заболевания , локализованное повреждение или смерть организма, частью которого являются клетки. Апоптоз или клеточная смерть типа I, и аутофагия или клеточная смерть типа II являются формами запрограммированной смерти клетки, в то время как некроз — это нефизиологический процесс, который происходит в результате инфекции или травмы. [1]

Термин «клеточная некробиология» использовался для описания жизненных процессов, связанных с морфологическими, биохимическими и молекулярными изменениями, которые предрасполагают, предшествуют и сопровождают смерть клеток, а также последствия и реакцию тканей на смерть клеток. [2] Слово происходит от греческого νεκρό, что означает «смерть», βìο, что означает «жизнь», и λόγος, что означает «изучение». Термин был первоначально придуман для широкого определения исследований изменений, которые сопровождают смерть клеток, обнаруженных и измеренных с помощью многопараметрической проточной и лазерной сканирующей цитометрии. [3] Он использовался для описания изменений в реальном времени во время смерти клеток, обнаруженных с помощью проточной цитометрии. [4]

Типы

Запрограммированная гибель клеток

Программируемая клеточная смерть (ПКС) — это клеточная смерть, опосредованная внутриклеточной программой. [5] [6] ПКС осуществляется в регулируемом процессе , который обычно дает преимущество в течение жизненного цикла организма . Например, дифференциация пальцев рук и ног у развивающегося человеческого эмбриона происходит из-за апоптоза клеток между пальцами ; в результате пальцы разделяются. ПКС выполняет основные функции во время развития тканей как растений, так и метазоа (многоклеточных животных).

Апоптоз

Морфологические изменения, связанные с апоптозом

Апоптоз — это процессор запрограммированной клеточной смерти (PCD), которая может происходить в многоклеточных организмах . [6] Биохимические события приводят к характерным изменениям клеток ( морфологии ) и смерти. Эти изменения включают блеббинг , сморщивание клеток, ядерную фрагментацию, конденсацию хроматина и фрагментацию хромосомной ДНК . В настоящее время считается, что — в контексте развития — клетки побуждаются к позитивному совершению самоубийства, находясь в гомеостатическом контексте; отсутствие определенных факторов выживания может дать толчок к самоубийству. По-видимому, существуют некоторые различия в морфологии и, действительно, биохимии этих путей самоубийства; некоторые следуют по пути «апоптоза», другие следуют более обобщенному пути к удалению, но оба обычно генетически и синтетически мотивированы. Есть некоторые доказательства того, что некоторые симптомы «апоптоза», такие как активация эндонуклеазы, могут быть ложно вызваны без вовлечения генетического каскада, однако, предположительно, истинный апоптоз и запрограммированная клеточная смерть должны быть генетически опосредованы. Также становится ясно, что митоз и апоптоз каким-то образом переключаются или связаны и что достигнутый баланс зависит от сигналов, полученных от соответствующих факторов роста или выживания. [7]

Примеры событий в аутофагии

Некоторые ключевые белки, в первую очередь используемые для восстановления повреждений ДНК, также могут вызывать апоптоз, когда повреждение ДНК превышает способность клетки к восстановлению. [8] Эти белки с двойной ролью защищают от пролиферации нестабильных поврежденных клеток, которые могут привести к раку.

Аутофагия

Аутофагия является цитоплазматической , характеризуется образованием больших вакуолей , которые поедают органеллы в определенной последовательности до разрушения ядра . [ 9] Макроаутофагия , часто называемая аутофагией , представляет собой катаболический процесс, который приводит к аутофагосомно - лизосомальной деградации основного цитоплазматического содержимого, аномальных белковых агрегатов и избыточных или поврежденных органелл . Аутофагия обычно активируется в условиях недостатка питательных веществ , но также связана с физиологическими , а также патологическими процессами, такими как развитие, дифференцировка, нейродегенеративные заболевания , стресс , инфекция и рак .

Другие варианты PCD

Были обнаружены и другие пути запрограммированной клеточной смерти. [10] Эти альтернативные пути смерти , называемые «неапоптотической запрограммированной клеточной смертью» (или « каспаза -независимой запрограммированной клеточной смертью»), столь же эффективны, как апоптоз, и могут функционировать как резервные механизмы или как основной тип ПГК.

Некоторые из таких форм запрограммированной клеточной смерти — аноикис , почти идентичный апоптозу, за исключением его индукции; ороговение — форма клеточной смерти, присущая исключительно глазам; эксайтотоксичность ; ферроптоз — железозависимая форма клеточной смерти [11] и валлеровская дегенерация .

Растительные клетки подвергаются определенным процессам PCD, похожим на аутофагическую гибель клеток. Однако некоторые общие черты PCD в высокой степени сохраняются как у растений, так и у метазоа.

Активационно-индуцированная гибель клеток (AICD) — это запрограммированная гибель клеток, вызванная взаимодействием рецептора Fas (Fas, CD95) и лиганда Fas (FasL, лиганд CD95). [12] Она возникает в результате повторной стимуляции специфических рецепторов Т-клеток (TCR) и помогает поддерживать периферическую иммунную толерантность. [13] Поэтому изменение этого процесса может привести к аутоиммунным заболеваниям. [12] Другими словами, AICD является отрицательным регулятором активированных Т-лимфоцитов.

Ишемическая гибель клеток , или онкоз, является формой случайной или пассивной гибели клеток, которая часто считается летальным повреждением. Процесс характеризуется митохондриальным отеком , вакуолизацией цитоплазмы и отеком ядра и цитоплазмы. [14]

Митотическая катастрофа — это онкосупрессорный механизм, который может привести к гибели клеток из-за преждевременного или ненадлежащего вступления клеток в митоз. [15] Это наиболее распространенный способ гибели раковых клеток, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения и многих других противораковых методов лечения. [16]

Иммуногенная гибель клеток или иммуногенный апоптоз — это форма гибели клеток, вызываемая некоторыми цитостатическими средствами, такими как антрациклины , оксалиплатин и бортезомиб, или радиотерапией и фотодинамической терапией (ФДТ). [17]

Пироптоз — это высоковоспалительная форма запрограммированной гибели клеток, которая чаще всего возникает при инфицировании внутриклеточными патогенами и, вероятно, является частью антимикробного ответа в миелоидных клетках. [3]

PANoptosis — это уникальный воспалительный путь гибели клеток, который объединяет компоненты других путей гибели клеток. Совокупность биологических эффектов PANoptosis не может быть индивидуально объяснена только пироптозом, апоптозом или некроптозом. PANoptosis регулируется многогранными макромолекулярными комплексами, называемыми PANoptosomes. [18]

Фагоптоз — это гибель клетки, возникающая в результате фагоцитоза (т.е. поедания) живой клетки другой клеткой (обычно фагоцитом), что приводит к смерти и перевариванию поглощенной клетки. Фагоптоз может происходить с клетками, которые являются патогенными, раковыми, старыми, поврежденными или избыточными по сравнению с потребностями. [19]

Некротическая гибель клеток

Некроз — это гибель клеток, когда клетка сильно повреждена внешними силами, такими как травма или инфекция, и встречается в нескольких различных формах. Это сумма того, что происходит с клетками после их смерти. [20] При некрозе клетка подвергается набуханию, за которым следует неконтролируемый разрыв клеточной мембраны с выталкиванием содержимого клетки. Это содержимое клетки часто затем вызывает воспаление в соседних клетках. [21] Форма запрограммированного некроза, называемая некроптозом , была признана альтернативной формой запрограммированной гибели клеток. Предполагается, что некроптоз может служить резервной копией гибели клеток для апоптоза, когда сигнализация апоптоза блокируется эндогенными или экзогенными факторами, такими как вирусы или мутации. Некроптотические пути связаны с рецепторами смерти, такими как рецептор фактора некроза опухоли 1. [21] Идентификация гибели клеток ранее классифицировалась на основе морфологии, но в последние годы перешла на молекулярные и генетические условия.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кирзенбаум А. (2012). Гистология и клеточная биология – Введение в патологию . Филадельфия: Elsevier Saunders.
  2. ^ Nirmala JG, Lopus M (апрель 2020 г.). «Механизмы гибели клеток у эукариот». Cell Biology and Toxicology . 36 (2): 145–164. doi :10.1007/s10565-019-09496-2. PMID  31820165.
  3. ^ ab Darzynkiewicz Z, Juan G, Li X, Gorczyca W, Murakami T, Traganos F (январь 1997 г.). "Цитометрия в клеточной некробиологии: анализ апоптоза и случайной гибели клеток (некроза)". Цитометрия . 27 (1): 1–20. doi : 10.1002/(sici)1097-0320(19970101)27:1<1::aid-cyto2>3.0.co;2-l . PMID  9000580.
  4. ^ Warnes G, Martins S (март 2011). «Проточная цитометрия в реальном времени для кинетического анализа онкозаболеваний». Цитометрия. Часть A. 79 ( 3): 181–191. doi : 10.1002/cyto.a.21022 . PMID  21254392. S2CID  11691981.
  5. ^ Энгельберг-Кулька Х, Амитай С, Колодкин-Гал И, Хазан Р (октябрь 2006 г.). «Бактериальная программируемая гибель клеток и многоклеточное поведение бактерий». PLOS Genetics . 2 (10): e135. doi : 10.1371/journal.pgen.0020135 . PMC 1626106. PMID  17069462 . 
  6. ^ ab Green D (2011). Средства достижения цели. Нью-Йорк: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-887-4.
  7. ^ Боуэн ID (апрель 1993 г.). «Апоптоз или запрограммированная смерть клеток?». Cell Biology International . 17 (4): 365–380. doi :10.1006/cbir.1993.1075. PMID  8318948. S2CID  31016389.
  8. ^ Bernstein C, Bernstein H, Payne CM, Garewal H (июнь 2002 г.). «Репарация ДНК/проапоптотические белки двойной роли в пяти основных путях репарации ДНК: надежная защита от канцерогенеза». Mutat Res . 511 (2): 145–78. Bibcode : 2002MRRMR.511..145B. doi : 10.1016/s1383-5742(02)00009-1. PMID  12052432.
  9. ^ Schwartz LM, Smith SW, Jones ME, Osborne BA (февраль 1993 г.). «Происходят ли все запрограммированные смерти клеток через апоптоз?». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (3): 980–984. Bibcode :1993PNAS...90..980S. doi : 10.1073/pnas.90.3.980 . PMC 45794 . PMID  8430112. ;и для более современного взгляда см. Bursch W, Ellinger A, Gerner C, Fröhwein U, Schulte-Hermann R (2000). "Программированная клеточная смерть (PCD). Апоптоз, аутофагическая PCD или другие?". Annals of the New York Academy of Sciences . 926 (1): 1–12. Bibcode : 2000NYASA.926....1B. doi : 10.1111/j.1749-6632.2000.tb05594.x. PMID  11193023. S2CID  27315958.
  10. ^ Kroemer G, Martin SJ (июль 2005 г.). «Каспаза-независимая клеточная смерть». Nature Medicine . 11 (7): 725–730. doi :10.1038/nm1263. PMID  16015365. S2CID  8264709.
  11. ^ Dixon SJ, Lemberg KM, Lamprecht MR, Skouta R, Zaitsev EM, Gleason CE и др. (Май 2012 г.). «Ферроптоз: железозависимая форма неапоптотической смерти клеток». Cell . 149 (5): 1060–1072. doi :10.1016/j.cell.2012.03.042. PMC 3367386 . PMID  22632970. 
  12. ^ ab Zhang J, Xu X, Liu Y (июнь 2004 г.). «Смерть Т-клеток, вызванная активацией, и аутоиммунитет». Cellular & Molecular Immunology . 1 (3): 186–92. PMID  16219166.
  13. ^ Kabelitz D, Janssen O (февраль 1997). «Антиген-индуцированная смерть Т-лимфоцитов». Frontiers in Bioscience: A Journal and Virtual Library . 2 (4): d61–77. doi :10.2741/a175. PMID  9159213.
  14. ^ "Онкоз". Cell Communication Online Pathfinder Encyclopaedia (COPE) . Получено 10 августа 2010 г.
  15. ^ Vitale I, Galluzzi L, Castedo M, Kroemer G (июнь 2011 г.). «Митотическая катастрофа: механизм предотвращения геномной нестабильности». Nature Reviews. Molecular Cell Biology . 12 (6): 385–392. doi :10.1038/nrm3115. PMID  21527953. S2CID  22483746.
  16. ^ Янзини Ф, Макки Массачусетс (2007). «Митотическая катастрофа при апоптозе, старении и раке». В Гевирц Д.А., Холт С.Е., Грант С. (ред.). Revista Brasileira de Ciências Farmaceuticas . Том. 44. Хумана Пресс. стр. 73–91. дои : 10.1007/978-1-59745-221-2. ISBN 978-1-58829-527-9.
  17. ^ Garg AD, Nowis D, Golab J, Vandenabeele P, Krysko DV, Agostinis P (январь 2010 г.). «Иммуногенная гибель клеток, DAMP и противораковые терапевтические средства: возникающее объединение». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Обзоры по раку . 1805 (1): 53–71. doi :10.1016/j.bbcan.2009.08.003. PMID  19720113.
  18. ^ Gullett JM, Tweedell RE, Kanneganti TD (апрель 2022 г.). «Все дело в PAN: перекрестные помехи, пластичность, избыточность, переключения и взаимосвязанность, охватываемые PANoptosis, лежащими в основе совокупности биологических эффектов, связанных со смертью клеток». Cells . 11 (9): 1495. doi : 10.3390/cells11091495 . PMC 9105755 . PMID  35563804. 
  19. ^ Brown GC (февраль 2024 г.). «Смерть клеток при фагоцитозе». Nature Reviews. Иммунология . 24 (2): 91–102. doi :10.1038/s41577-023-00921-6. PMID  37604896.
  20. ^ Fink SL, Cookson BT (апрель 2005 г.). «Апоптоз, пироптоз и некроз: механистическое описание мертвых и умирающих эукариотических клеток». Инфекция и иммунитет . 73 (4): 1907–1916. doi :10.1128/IAI.73.4.1907-1916.2005. PMC 1087413. PMID  15784530 . 
  21. ^ ab D'Arcy MS (июнь 2019 г.). «Смерть клеток: обзор основных форм апоптоза, некроза и аутофагии». Cell Biology International . 43 (6): 582–592. doi :10.1002/cbin.11137. PMID  30958602. S2CID  102347423.